Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Metody modelowania z wykorzystaniem CAD/CAE
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RMBM-2-307-IM-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Inżynieria materiałów konstrukcyjnych
Kierunek:
Mechanika i Budowa Maszyn
Semestr:
3
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr inż. Gospodarczyk Piotr (piogos@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Na wykładach student uzyskuje wiedzę dotyczącą celów i zadań oraz możliwości i ograniczeń wykorzystania symulacji komputerowej w analizie kinematyki i dynamiki maszyn oraz procedury przygotowania modeli tych obiektów do symulacji, jej prowadzenia oraz analizy wyników. Na ćwiczeniach wykonuje zadania i nabywa umiejętności w rozwiązywaniu problemów adekwatności modeli do obiektów rzeczyw., jak więzy nadmiarowe, zbędne stopnie swobody, położenia osobliwe, charakt. napędów i sił dyssypatywnych.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Wie na czym polega wykorzystanie wirtualnego prototypowania w analizie i syntezie mechanizmów oraz projektowaniu maszyn i jakie aplikacje CAD i CAE można wykorzystywać dla jego realizacji. MBM2A_W05, MBM2A_W04, MBM2A_W02 Egzamin
M_W002 Wie jak można wykorzystać wyniki symulacji dla weryfikacji rozwiązania konstrukcyjnego maszyny ze względów na kryteria oceny funkcjonalności, weryfikację wytrzymałości elementów, oraz jak wykorzystać symulacje w wybranych procedurach optymalizacji lub polioptymalizacji konstrukcji. MBM2A_W08, MBM2A_W05, MBM2A_W04, MBM2A_W02, MBM2A_W03 Egzamin
M_W003 Wie jaka jest rola modelowania w technice, a szczególnie w projektowaniu maszyn. Zna pojęcie modelu procesu i układu oraz zagadnienie adekwatności modelu w stosunku do obiektu rzeczywistego lub projektowanego – mechanizmu lub maszyny. Wie jakie są relacje pomiędzy modelami fizycznymi i matematycznymi opisującymi kinematykę i dynamikę układu mechanicznego MBM2A_W05, MBM2A_W04 Egzamin
M_W004 Wie na czym polegają badania symulacyjne i jakie rodzaje badań symulacyjnych można wyróżnić ze względu na cel i wykorzystywane narzędzia symulacji. Wie jakie są możliwości wykorzystania komputera jako narzędzia prowadzenia badań symulacyjnych i jaki jest ogólny schemat postępowania przy tworzeniu modelu symulacyjnego MBM2A_W05, MBM2A_W04 Egzamin
M_W005 Wie jaka jest procedura przygotowania symulacji w środowisku symulacji dynamiki programu CAD na przykładzie programu Autodesk Inventor. Wie jak modelować pary kinematyczne wykorzystując tzw. złącza, jakie rodzaje złączy wykorzystywane są w programie oraz jak dokonywać konwersji więzów modelu 3D mechanizmu na złącza lub jak wykorzystać mechanizm automatycznej konwersji więzów. MBM2A_W05, MBM2A_W04, MBM2A_W02 Egzamin
M_W006 Wie jak modelować oddziaływanie sił zewnętrznych czynnych i dyssypatywnych oraz wymuszeń kinematycznych o dowolnych charakterystykach i jak wykorzystać znajomość charakterystyki silnika napędowego w modelu wymuszenia dynamicznego ruchu. Wie jak uwzględniać charakterystyki generatorów mocy tj. silników, generatorów sił tj siłowników MBM2A_W02 Egzamin
M_W007 Zna podstawy metodologii numerycznego rozwiązywania modeli matematycznych wykorzystywanej w programach komputerowych CAE i jakie są zasady interpretacji oraz prezentacji rozwiązań MBM2A_W05, MBM2A_W04, MBM2A_W02 Egzamin
M_W008 Wie jak uwzględniać w modelowaniu i interpretacji wyników symulacji problemy wynikające z występowania członów biernych - więzów nadmiarowych, zbędnych stopni swobody oraz położeń osobliwych MBM2A_W05, MBM2A_W04, MBM2A_W02 Egzamin
Umiejętności: potrafi
M_U001 Umie zbudować model wirtualny prostego mechanizmu, poprzez przekształcenie wiązań geometrycznych modelu na złącza kinematyczne (w programie Autodesk Inventor). MBM2A_U18, MBM2A_U10 Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_U002 Potrafi zdefiniować wymuszenia kinematyczne lub dynamiczne w modelu oraz odczytać podstawowe wielkości kinematyczne i dynamiczne jako wynik symulacji. MBM2A_U03, MBM2A_U20 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Aktywność na zajęciach
M_U003 Potrafi zinterpretować wyniki symulacji, modyfikować zmienne analizy, układy odniesienia, tworzyć nowe wielkości wyjściowe, jako funkcję istniejących parametrów. MBM2A_U18, MBM2A_U03 Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U004 Potrafi opracować raport z przeprowadzonej symulacji i przedstawić wyniki prac w formie prezentacji. MBM2A_U08, MBM2A_U24, MBM2A_U12 Aktywność na zajęciach,
Prezentacja
M_U005 Umie dokonać wyboru kryteriów i wykorzystać wyniki symulacji dla optymalizacji lub polioptymalizacji konstrukcji projektowanej maszyny. MBM2A_U02, MBM2A_U18 Projekt
M_U006 Umie wykorzystać wyniki analizy do weryfikacji projektowanej maszyny w aspekcie wymaganych własności użytkowych (funkcjonalnych). MBM2A_U10 Aktywność na zajęciach
M_U007 Umie wykorzystać wyniki symulacji dynamicznej do analizy wytrzymałości wybranego elementu mechanizmu. MBM2A_U02, MBM2A_U01 Projekt
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
30 10 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Wie na czym polega wykorzystanie wirtualnego prototypowania w analizie i syntezie mechanizmów oraz projektowaniu maszyn i jakie aplikacje CAD i CAE można wykorzystywać dla jego realizacji. + - - - - - - - - - -
M_W002 Wie jak można wykorzystać wyniki symulacji dla weryfikacji rozwiązania konstrukcyjnego maszyny ze względów na kryteria oceny funkcjonalności, weryfikację wytrzymałości elementów, oraz jak wykorzystać symulacje w wybranych procedurach optymalizacji lub polioptymalizacji konstrukcji. + - - - - - - - - - -
M_W003 Wie jaka jest rola modelowania w technice, a szczególnie w projektowaniu maszyn. Zna pojęcie modelu procesu i układu oraz zagadnienie adekwatności modelu w stosunku do obiektu rzeczywistego lub projektowanego – mechanizmu lub maszyny. Wie jakie są relacje pomiędzy modelami fizycznymi i matematycznymi opisującymi kinematykę i dynamikę układu mechanicznego + - - - - - - - - - -
M_W004 Wie na czym polegają badania symulacyjne i jakie rodzaje badań symulacyjnych można wyróżnić ze względu na cel i wykorzystywane narzędzia symulacji. Wie jakie są możliwości wykorzystania komputera jako narzędzia prowadzenia badań symulacyjnych i jaki jest ogólny schemat postępowania przy tworzeniu modelu symulacyjnego + - - - - - - - - - -
M_W005 Wie jaka jest procedura przygotowania symulacji w środowisku symulacji dynamiki programu CAD na przykładzie programu Autodesk Inventor. Wie jak modelować pary kinematyczne wykorzystując tzw. złącza, jakie rodzaje złączy wykorzystywane są w programie oraz jak dokonywać konwersji więzów modelu 3D mechanizmu na złącza lub jak wykorzystać mechanizm automatycznej konwersji więzów. + - - - - - - - - - -
M_W006 Wie jak modelować oddziaływanie sił zewnętrznych czynnych i dyssypatywnych oraz wymuszeń kinematycznych o dowolnych charakterystykach i jak wykorzystać znajomość charakterystyki silnika napędowego w modelu wymuszenia dynamicznego ruchu. Wie jak uwzględniać charakterystyki generatorów mocy tj. silników, generatorów sił tj siłowników + - - - - - - - - - -
M_W007 Zna podstawy metodologii numerycznego rozwiązywania modeli matematycznych wykorzystywanej w programach komputerowych CAE i jakie są zasady interpretacji oraz prezentacji rozwiązań + - - - - - - - - - -
M_W008 Wie jak uwzględniać w modelowaniu i interpretacji wyników symulacji problemy wynikające z występowania członów biernych - więzów nadmiarowych, zbędnych stopni swobody oraz położeń osobliwych + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Umie zbudować model wirtualny prostego mechanizmu, poprzez przekształcenie wiązań geometrycznych modelu na złącza kinematyczne (w programie Autodesk Inventor). - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi zdefiniować wymuszenia kinematyczne lub dynamiczne w modelu oraz odczytać podstawowe wielkości kinematyczne i dynamiczne jako wynik symulacji. - - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi zinterpretować wyniki symulacji, modyfikować zmienne analizy, układy odniesienia, tworzyć nowe wielkości wyjściowe, jako funkcję istniejących parametrów. - - + - - - - - - - -
M_U004 Potrafi opracować raport z przeprowadzonej symulacji i przedstawić wyniki prac w formie prezentacji. - - + - - - - - - - -
M_U005 Umie dokonać wyboru kryteriów i wykorzystać wyniki symulacji dla optymalizacji lub polioptymalizacji konstrukcji projektowanej maszyny. - - + - - - - - - - -
M_U006 Umie wykorzystać wyniki analizy do weryfikacji projektowanej maszyny w aspekcie wymaganych własności użytkowych (funkcjonalnych). - - + - - - - - - - -
M_U007 Umie wykorzystać wyniki symulacji dynamicznej do analizy wytrzymałości wybranego elementu mechanizmu. - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 50 godz
Punkty ECTS za moduł 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 30 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 10 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 10 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (10h):
  1. Wybrane zagadnienia modelowania i symulacji w projektowaniu

    Definicje modelu i symulacji. Rodzaje modeli fizycznych i matematycznych. Wykorzystanie wspomagania komputerowego w tworzeniu i rozwiązywaniu modeli matematycznych jako narzędzia badań symulacyjnych. Pojęcie i metody wirtualnego prototypowania. Cele i zadania oraz możliwości i ograniczenia wykorzystania symulacji komputerowej w analizie kinematyki i dynamiki układów fizycznych.

  2. Wybrane zagadnienia z zakresu analizy kinematyki i dynamiki mechanizmów wieloczłonowych

    Wybrane zagadnienia z zakresu Teorii Mechanizmów i Maszyn istotne z punktu widzenia wykorzystania przy definiowaniu połączeń części jako par kinematycznych łańcucha kinematycznego. Klasyfikacja i charakterystyka członów mechanizmu i par kinematycznych. Pojęcie grupy i systematyka grup kinetycznych. Modele matematyczne układów wieloczłonowych i metody rozwiązywania. Problemy wynikające z występowania członów biernych i więzów nadmiarowych oraz zbędnych stopni swobody i konfiguracji osobliwych.

  3. Analiza kinematyki i dynamiki kinematyki przy wykorzystaniu aplikacji komputerowych CAD i CAE

    Charakterystyka środowiska symulacji dynamiki programu Inventor jako aplikacji CAD-CAE do symulacji kinematyki i dynamiki maszyn. Zakres stosowania i ograniczenia. Możliwości stosowania dla modeli o wysokim stopniu abstrakcji jak też dla modeli bryłowych 3D tworzonych przy wykorzystaniu modelera CAD. Procedura postępowania cyklu symulacji od przygotowania modelu poprzez ustawienie parametrów symulacji, definiowanie połączeń, analizę łańcucha kinematycznego i grup kinematycznych, uruchomienie symulacji, do rejestracjijej wyników i ich interpretacji.

  4. Modelowanie i badania symulacyjne układów napędowych

    Modele dyskretne układów napędowych. Formułowanie układów równań ruchów. Modele opisu charakterystyk ich elementów jak silniki, sprzęgła, reduktory. Modele wieloczłonowe i zredukowane. Modele opisu oddziaływań sił wewnętrznych i zewnętrznych czynnych i biernych. Możliwości identyfikacji charakterystyk oporów zewnętrznych wynikających z realizacji procesów transportowych lub technologicznych.
    Konsultowanie samodzielnie wykonywanych projektów.

  5. Charakterystyka programów komputerowych do badań symulacyjnych kinematyki i dynamiki układów mechanicznych

    Charakterystyka aplikacji komputerowych do symulacji kinematyki i dynamiki opartych na modelach brył sztywnych. Charakterystyka aplikacji MES (Mechanical Event Simulation)programu Autodesk Simulation Multiphysics jako aplikacji opartej na integracji modeli opisu dynamiki brył sztywnych z modelami FEM dla brył odkształcalnych.
    Zagadnienie właściwego wyboru aplikacji komputerowej do określonego zadania symulacji możliwości i ograniczenia ich wykorzystania.

Ćwiczenia laboratoryjne (20h):
  1. Analiza mechanizmów kinematyki na modelach o wysokim stopniu abstrakcji

    Wykonanie modelu łańcucha kinematycznego w modelerze 3D CAD. Ustawienia symulacjii definiowanie parametrów członów oraz ich połączeń. Przeprowadzenie symulacji dla realizacji zadanego celu badania. Przeprowadzenie symulacji, analiza i opracowanie jej wyników.
    Wydanie tematów ćwiczeń do samodzielnego wykonania.

  2. Analiza kinematyki i dynamiki mechanizmów na modelach bryłowych 3D

    Wykonanie w modelerze 3D CAD modeli bryłowych i złożenie modelu mechanizmu w oparciu o uprzednio wykonany model łańcucha kinematycznego o wysokim stopniu abstrakcji. Przeprowadzenie symulacji dla realizacji zadanego celu badania. Przeprowadzenie symulacji, analiza i opracowanie jej wyników. Opracowanie prezentacji.

  3. Badania modeli z elementami odkształcalnymi i połączeniami kontaktowymi

    Uzupełnienie zadanego modelu mechanizmu o brakujące elementy podatne i zdefiniowanie brakujących połączeń kontaktowych 2D lub 3D. Przeprowadzenie badań wrażliwości modelu na zmianę charakterystyk wybranych połączeń i parametrów elementów. Dyskusja wyników i opracowanie ich prezentacji.

  4. Badania symulacyjne manipulatora

    Przeprowadzenie badań symulacyjnych manipulatora o zadanej strukturze i parametrach konstrukcyjnych. Wyznaczenie reakcji w wybranych węzłach połączeń. Przeprowadzenie badania wrażliwości modelu na zmianę charakterystyk wybranych parametrów członów napędzanych i charakterystyk członów napędzających. Eksport wyników do środowiska analizy naprężeń. Wykorzystanie wyników badań celem polioptymalizacji konstrukcji ze względu na wybrane kryteria. Opracowanie prezentacji.

  5. Badania symulacyjne układu napędowego

    Dobór modeli źródła mocy i pozostałych elementów układu napędowego. Zdefiniowanie charakterystyk tych elementów w środowisku symulacji dynamiki programu Inventor. Zdefiniowanie charakterystyk lub parametrów sił oporów. Przeprowadzenie symulacji. Dyskusja wyników i opracowanie prezentacji.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową niezbędne jest uzyskanie pozytywnej oceny z każdego z zadań projektowych i testów, wykonywanych w ramach ćwiczeń projektowych. Zaliczenie z pozytywną oceną samodzielnie wykonywanego projektu.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową niezbędne jest uzyskanie pozytywnej oceny z realizacji każdego z zadań badawczych realizowanego w ramach ćwiczeń laboratoryjnych i zaliczenie uzupełnianych w ramach prac samodzielnych raportów z badań.
Ocena jest średnią ważoną ocen z ćwiczeń (waga – 0,6) oraz raportu (waga – 0,4).

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Wyrównywanie zaległości odbywa się przez wykonanie dodatkowego zadania wydanego przez prowadzącego i zaliczenie go w terminie ustalonym przez prowadzącego. Zadania sprawdzające, wykonywane jako samodzielne na zajęciach pod kontrolą prowadzącego, odrabiane są w takim samym trybie w ustalonym przez prowadzącego terminie. Student ma prawo do dwóch dodatkowych terminów zaliczenia.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Zaliczone przedmioty z mechaniki i komputerowego wspomagania projektowania na minimum podstawowym poziomie.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1 Cannon jr. R.H. – Dynamika układów fizycznych, WNT Warszawa 1973 r.
2 Frączek J., Wojtyra M. : Kinematyka układów wieloczłonowych-metody obliczeniowe, WNT Warszawa 2008 r.
3 Osiński Zb. – Mechanika ogólna , Wydawnictwo Naukowe PWN,Warszawa 1994 r.
4 Wojtyra M., Frączek J.: Metoda układów wieloczłonowych w dynamice mechanizmów. Ćwiczenia z zastosowaniem programu ADAMS. OWPW, 2007.
Oprogramowanie firmy Autodesk – licencje w wersjach akademickich jak Inventor Professional, Autodesk Simulation Multiphysics dostępne do pobrania przez studentów na stronie firmy Autodesk.
Materiały pomocnicze i ćwiczenia do programu Autodesk Inventor Professional dostępne na stronie firmy Autodesk.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak